毕业论文(设计)基于ARM和Linux的嵌入式GPS跟踪系统的设计.pdf
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1、就当隱20 xx届毕业设计(论文)基于ARM和Linux的嵌入式GPS星艮设计(论文)题目 踪系统的设计院系名称 计算机科学与技术系专业(班级)姓名(学号)指导教师 _系负责人二0 XX年五月摘 要目前,以GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。随着技术的进步、应用需求的增加,GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点 及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能,已涉足众多的应用领 域,如民用领域、军事领域等。随着现代化科技的发展,人们对移动目标监控的要求也越 来越高。本文提出了基于ARM体系结构,采用Linux操作系统,设计出GPS跟踪系统,
2、并以此 为基础阐明了目前跟踪系统设计的必要性和重要性。通过对Linux系统、ARM微处理器的 熟悉以及对GPS、GPRS模块的研究,设计了一套基于ARM的GPS跟踪系统,其中使用了 GPS模块和GPRS模块,分别用于实现定位信息的提取和定位信息的传输。整套系统最终在 ARM实验平台上完成仿真,具有一定的技术创新性以及实际生产使用价值。取得了一定 的效果。关键词:ARM,Linux,GPS,GPRS,跟踪IABSTRACTAt present,as representatives satellite navigation application industry has become now o
3、ne of internationally recognized eight big wireless industrial take GPS.Along with the technical progress,application demands increase,GPS by all-weather,the high accuracy,the automation,the high efficiency and so on outstanding feature and the alone localization guidance,the time service tests a fr
4、equency,the precision measurement and so on various formidable function,stepped in the numerous application domains,like civil domain,military field and so on.Along with modernized science and technology development,the people are also getting higher and higher to the mobile target monitorings reque
5、st.This article proposed based on the ARM architecture,uses the Linux operating system,designs the GPS tracking system,and has expounded the present tracking system design necessity and the importance take this as the foundation.Through to the Linux system,ARM microprocessor familiar as well as to G
6、PS,GPRS module research,has designed a set based on the ARM GPS tracking system,has used the GPS module and the GPRS module,uses in realizing the localization information extraction and the localization information transmission separately.Whole set system in ARM tests in the platform to complete the
7、 simulation finally,has certain technical innovation as well as the actual production use value.Has made certain progress.Key words:ARM,Linux,GPS,GPRS,Trackii目 录摘 要.IABSTRACT.II目录.III第一章绪论.11.1 研究背景.11.3.1 国外研究及发展现状.11.3.2 国内研究及发展现状.21.4论文的主要工作.2第二章系统分析.32.1 需求分析.32.1.1 系统功能要求.32.2 可行性分析.32.2.1 经济可行
8、性.32.2.2 技术可行性.32.2开发环境简介.3第三章系统硬件设计与实现.53.1 系统硬件组成.53.2 ARM控制器.63.2.1 ARM微处理器的应用领域及特点.63.2.2 ARM9微处理器系列.63.2.3 S3c2410X 模块.73.3 GPS 模块.73.3.1 GPS 简介.73.3.2 GPS 原理.73.3 GPRS 模块.93.3.1 GPRS 简介.93.3.2 GPRS 优点.93.3.3 GPRS功能和业务.103.4.5 GPRS工作原理.103.4.6 本系统GPRS模块选择.113.5键盘.113.5.1 本设计所使用的键盘模块.113.5.2 键盘扫
9、描原理.11第四章系统软件设计与实现.134.1 模块简介及程序流程.134.2 GPS模块定位的实现.154.2.1 AT 命令.154.2.2 SMS 技术.174.2.3 利用GPRS模块发送短消息的设计.194.3 利用GPS模块实现定位.27III4.3.1 NMEA0183 格式.274.3.2 GPS定位信息的提取.284.3.3 GPS定位信息的解析.284.3.4 定位程序设计.294.4 MINIGU:主程序.314.5.1 程序入口点.314.5.2 设置显示区域.314.5.3 创建和显示主窗口.324.5.4 进入消息循环.334.5.4 消息过程函数.334.5.5
10、 程序的退出.34第五章 软硬件调试.355.1 硬件调试.355.2 软件调试.35第六章系统测试.366.1 测试原理.366.2 测试方法.366.3 测试过程.36结 论.37致 谢.38参考文献.39IV第一章绪论1.1 研究背景由于Linux的开放源代码、可移植、可扩展、可维护等特性,使Linux能够在几乎所 有的平台上运行。Linux的应用也逐渐渗透到了手机、车载系统、远程监控和跟踪系统等 生活的各个方面。GPS系统与其他导航系统相比,主要特点是:全球地面连续覆盖;功能 多、精度高;实时定位速度快;抗干扰性能好、保密性强。通过GPS模块能够实现精确的 定位,可以将从卫星接收来的信
11、息提取出经度、纬度、海拔等信息,实现定位。GPRS是在 GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式,具有价格低、速度快、实时 在线等特点,它的出现,增加了移动设备与外界的信息交流和互动。由于GPRS通信网络 实现了联网和漫游,这样利用网络传输数据无须再组建专用通信网络,因此Linux和 GPS/GPRS的结合,使在嵌入式系统上实现短信方式传输定位信息成为可能。1.2 研究目的和意义随着现代化科技的发展,人们对移动目标监控的要求越来越高。例如,地面目标跟踪 及报警系统可协助家长实现对孩子的监控,孩子若遭遇走失或劫持事件,监控中心通过 分析手持终端发送的GPS数据确定孩子所在位置,以采
12、取相关安全措施。止匕外,GPS跟踪 系统在城市出租车调度、物流运输监控等领域都有着广泛的应用前景。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究及发展现状目前,以GPS为代表的卫星定位导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之。随着技术的进步、应用需求的增加,GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著 特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能,已涉足众多的应 用领域,使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个IT经济新增长点。主要应用领域;(1)民事领域。如对汽车、船舶和飞机等运动物体的跟踪定位。此外,对于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标等,GPS都具
13、有得天独厚的优势。在 日常生活中,GPS还可用于人身受到攻击危险时的报警,特殊病人、少年儿童的监护与救 助,生活中遇到各种困难时的求助等。(2)军事领域。已从当初的为军舰、飞机、战车、地面作战人员等提供全天候、连续实时、高精度的定位导航,扩展到成为目前精确制导武 器复合制导的种重要技术手段。从上世纪80年代初期第一个GPS商用产品出现至今,GPS产品重量从100磅(约为45 千克)降为100克,而价格也从十几万美元降为现在的几百美元。目前全球GPS应用产品 的制造商已超过30家以上,主要领导厂商有高明国际公司、麦哲伦公司和天宝导航有限 1公司等。通过近20年的发展,GPS产品已逐渐转变为消费电
14、子产品,且所能应用的范围已扩展 到日常生活中的通信、PDA、定位信息等。不过,以现阶段来看,GPS接收机的单芯片化 技术、价格以及市场应用服务等仍未臻成熟。1.3.2 国内研究及发展现状GPS卫星导航定位技术于上世纪80年代末引入中国,目前主要在大地测量(测绘、勘 探)、海上渔业和车辆定位监控等领域得到了比较广泛的应用。在全球GPS应用领域中,车辆应用所占的比重最大,目前约占总数的40%以上。随着我国GSM数字移动通信系统的快速发展与全国普及,作为系统瓶颈问题的通信网 络通过采用GSM公众网的短信息服务找到了新的出路,这对GPS车辆跟踪系统的发展起着 极大的促进作用。1.4 论文的主要工作本论
15、文主要分为七大部分:(1)绪论。简单阐述本课题的背景研究目的以及研究现状;(2)系统分析。对系统的需求和可行性进行分析;(3)系统的硬件设计与实现。详细介绍该系统的硬件模块及硬件连线方法,画出硬件 连线图及系统原理图;(4)系统的软件设计与实现。分别设计和编写各个软件模块,实现各模块功能,最终 结合硬件实现该设计的要求的功能;(5)软硬件调试。介绍系统的调试方法与步骤;(6)系统测试。设计一系列的测试方法以实验系统的完成度与稳定性。(7)做结论。对本设计提出进步设想。2第二章系统分析2.I需求分析需要设计一个基于ARM的GPS跟踪系统,要求系统通过GPS模块定时的从卫星接收定 位信息,并将提取
16、出来的经度、纬度、海拔等信息,通过GPRS模块传输到监控中心,监 控中心根据获得的定位信息,在电子地图上搜索目标所在位置,最终达到跟踪的目的。2.1.1系统功能要求此系统的软硬件需要有以下几个模块:(1)硬件模块:硬件主要由GPRS无线通讯模块、GPS全球卫星定位系统模块、ARM控 制器、按键组成。(2)软件模块:软件模块包括主程序;GPS模块,实现定位;GPRS模块,实现通信;主模块,实现串口初始化等。2.2可行性分析2.2.1经济可行性实验中选用的ARM9芯片为三星公司的S3c2410X芯片,这是三星公司推出的款基于 ARM920T内核的RISC处理器,其内部集成了丰富了片上资源,提供了一
17、系列完整的系统外 围设备,大大减少了整个系统的成本。要实现导航功能的GPS模块也不一定要花大价钱购 买,几百元购入的GPS模块同样能够实现这功能。在系统设计阶段使用教学用的ARM集 成开发环境(全配置的ARM9实验箱)进行模拟开发,使用集成GPS、GPRS模块,进步 节省了成本。2.2.2技术可行性(1)有关GPRS模块:GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一套分组交换系统,与互联网或企业网相连,向移动用户提供数据业务。与传统的基于电路交换的数据业务相比,GPRS具有“高速”和“永远在线”的优点。本设计中使用JXARM9-2410上集成的GPRS无线通信模块。(2)有关GPS模块:GPS是
18、美国从20世纪70年代开始研制,于上世纪80年代末引入中国,具有全天候、高精度、自动化、高效益的显著特点。随全球定位系统的不断改进,软、硬件的不断完善,其应用领域正在不断地开拓,并开始逐步深入人们的日常生活。本设计中使用了 JXARM9-2410实验箱中的集成GPS全球定位系统模块。2.2开发环境简介3本系统设计中需要使用ADT IDE集成开发环境。ADT(ARM Development Tools)嵌入式系统开发环境是由武汉创维特信息技术有限公 司开发的具有自主知识产权的应用于嵌入式软件开发的集成软、硬件开发平台。它为基于 ARM核的嵌入式应用提供了一整套完备的开发方案,包括程序编辑、工程管
19、理和设置、程 序编译、程序调试等。ADT嵌入式开发环境由ADT Emulator for ARM和ADT IDE for ARM组成。本设计中,可使用JXARM9-2410-3内置简易调试模块,可将计算机并口与实验箱左上 角的并口通过并口延长线实现连接,并将JP5跳线通过跳线帽短接。ADT IDE for ARM主要包括以下工具:源码编辑器(editor)、工程管理器(project manager)、工程编译器(builder)、集成调试环境(debug environment)4第三章系统硬件设计与实现3.1 系统硬件组成根据设计要求,设计出GPS跟踪系统的基本组成原理图图3-1所示:图3
20、-1 GPS跟踪系统的基本组成原理图该系统硬件主要由GPRS无线通讯模块、GPS全球卫星定位系统模块、ARM控制器、键 盘组成。工作原理如下:GPS模块GPRS模块通过串口与系统相连,系统通过GPS模块定时 地从卫星接收定位信息,并将提取出来的经度、纬度、海拔等位置信息读出保存在缓冲区 中或保存在一个变量中,再传送给GPRS模块,通过GPRS模块传输到监控中心,监控中心由 PC机和手机(接收)构成,PC机中安装的电子地图软件用于解析GPRS模块传来的定位信 息,并精确显示出被跟踪目标的具体地理位置,达到跟踪的目的。键盘用于设置目标手机 号码等。硬件组成原理图如图3-2所示:gps数据PC机CP
21、RS模块监捽中心图3-2硬件组成原理图53.2 ARM控制器ARM是Advanced RISC Machines(高级精简指令系统处理器)的缩写。ARM处理器已经成功地广泛应用于无线通信、工业控制、消费类电子产品、网络产品 等领域,并且保持持续增长的势头。目前,基于ARM技术的微处理器应用约占据了 32位 RISC微处理器75%以上的市场份额。3.2.1 ARM微处理器的应用领域及特点(1)ARM微处理器的应用领域到目前为止,ARM微处理器及技术的应用几乎已深入到各个领域:工业控制领域:作为32位的RISC架构,基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端 微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐
22、向低端微控制器应用领域扩展,ARM微控制 器的低功耗、高性价比,向传统的8位/16位微控制器提出了挑战;(a)无线通讯领域:目前已有超过85%的无线通讯设备采用了 ARM技术,ARM以其高性 能和低成本,在该领域的地位日益巩固;(b)网络应用:随着宽带技术的推广,采用ARM技术ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM在语音及视频处理上进行了优化,并获得广泛的支持,也对DSP的应用领域提 出了挑战;(c)消费类电子产品:ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机 中得到广泛采用;(d)成像和安全产品:现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用了 ARM技术。手 机中的32位SIM
23、只能卡也采用了 ARM技术。除此之外,ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域,并会在将来取得更广泛的 应用。(2)ARM微处理器的特点采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点:体积小、低功耗、低成本、高性能;支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8/16位器件;大量使用寄存器,指令执行速度更快;大多数数据操作都在寄存器中完成;寻址方式灵活简单,执行效率高;指令长度固定。3.2.2 ARM9微处理器系列ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点:提供1.1MIPS/MHZ5级流水线结构;支持32位ARM指令集和16位Thumb指
24、令集;支持32位的高速AMBA总线接口;6 全性能MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等主流嵌入式操作系统;MPU支持实时操作系统;支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。它包含ARMA920T、ARM922T和ARM940T三种类型。3.2.3 S3C2410X 模块本设计中采用SamSung公司的主流ARM9处理器S3C2410X,它是款基于ARM920T 内核的!6/32位RISC处理器,具有27位地址总线和32位的数据总线,可编程工
25、作于8/16/32 位模式下。主频高达203MHz,带MMU(内存管理单元),内部集成有丰富的片上资源(各 类外接设备的控制器)和大量的运算/功能寄存器,性/价比极高,使用0.18 m艺制作,为嵌入式系统提供了一个低成本,低功耗,高性能的解决方案。3.3 GPS模块3.3.1 GPS 简介全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)是美国从20世纪70年代开始研 制的,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新 一代卫星导航与定位系统。经过多年我国测绘等部门的使用表明,GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点,赢得广大测绘
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